П’єзоелектричний двигун

1. П'єзоелектричний двигун, який містить рухому частину (ротор або плунжер), що фрикційно 3 76167 4 звукоізоляційну прокладку 6 закріплено на корпусі При підключенні виводів 16, 18 до джерела двигуна . П'єзоелектричний осцилятор подовжніх перемінної напруги резонансної частоти до електколивань має пасивний камертонний резонатор 7 родів 14, 17 (Фіг.1) у п'єзоелементі 19, за рахунок із двома плечима 8 і 9 та п'єзоелектрично активзворотного п’єзоефекту, генеруються повздовжні ний камертонний резонатор 10 із плечима 11 і 12 у хвилі стиску-розширення, що поширюються по якого на кожному плечі з однієї сторони нанесені довжині осцилятора повздовжніх коливань 5, віддва електроди 13 і 14 для збудження в камертоні биваються від його границь, резонують і утворю10 коливань згину при підключенні виводів 15 і 16 ють повздовжню стоячу хвилю зсуву. Поява видо джерела перемінної напруги. Електроди 14 і 17 падкового переміщення 11, 12 пліч камертона в з виводами 16 і 18 служить для збудження поперечному напрямку підсилюється повздовжніх по довжині осцилятора коливань при підкачуванням енергії від коливань осцилятора підключені до них електричної напруги. подовжніх коливань. Поперечна складова колиЗбудник повздовжніх і згинних коливань зробвань пліч камертона підсилюється за рахунок палений в розглянутому випадку монолітно і являє раметричного ефекту і може в декілька раз пересобою п'єзоелемент 19, який виготовлено з п'єзовищувати повздовжню складову коливань керамічного матеріалу, поляризованого перпендиосцилятора на робочій частоті. Якщо частоти рекулярно площині електродів. Напрямок зонансу повздовжніх та згинних коливань однакові, поляризації на фігурах показаний стрілкою і знато зміщення фаз між ними встановлює 90°, що обумовлює рух контактних точок по еліптичній ком P . Ротор 2 та плунжер 3 притиснуті до торця траєкторії. Стикаючись з рухливою частиною, ці пліч камертонів. Вони встановлені в корпусі за точки кожен період коливань створюють імпульс допомогою підшипників 20. Для зменшення односпрямованого руху, змушуючи ротор 2 оберобертів ротор встановлюють з бічної сторони плетатися в підшипниках 20, а плунжер 3 лінійно ча 9. Рухома частина (ротор або плунжер) притиспереміщатися. Оптимальне притиснення рухливої кають безпосередньо до осцилятора, або через частини з осцилятором, забезпечується притискзносостійку пластинку 21, яка припаяна до ним пристроєм. Зусилля притиснення між ними поверхні осцилятора і складає з ним акустично підбирається експериментально в залежності від єдину систему. вимог до двигуна по моменту навантаження (або Для одержання великих моментів навантапо зусиллю плунжера). ження осцилятор повздовжніх коливань 5 може Отриманий рух є нереверсивним. Для одербути виконаний у вигляді пакета Ланжевена (Фіг.2). жання реверса на виводи 15, 16 відповідно елекВін містить два кільцевих п'єзоелемента 19 та троди 13, 14 п’єзоактивного камертона 10 вісім п'єзоелектрично пасивних камертонних подається напруга тієї ж частоти, що і на електрорезонаторів 7 із плечима 8 і 9. Чотири з камертонди 14, 17. Ця напруга згинає плечі 11, 12 і змушує них резонаторів притиснуті болтами до їх рухатися зі змушеним зрушенням фази, зміна п'єзоелементів з однієї сторони та чотири з іншого якої на 180 градусів призводить до реверсу руху. боку, завдяки чому вони створюють акустично Для зменшення втрат акустичної енергії, а отже монолітний пакет Ланжевена, що закріплений чепідвищення КПД двигуна, п'єзоелектричний осцирез звукоізоляційну прокладку 6 у корпусі двигуна. лятор акустично ізолюється від корпуса двигуна Рухома частина 1 являє собою встановлений у звукоізоляційною прокладкою 6, виготовленої, напідшипниках 20 ротор 2 у виді двох суцільних приклад, з гуми. дисків, що по черзі, при реверсі руху, притискаЗменшення зносу тертьових частин ються до плеч 8 за допомогою зовнішньої вилки, досягається застосуванням зносостійких пластин шляхом впливу на важіль вилки зусилля F' або F". 21, виконаних, наприклад з двоокису алюмінію. Плечі 8 постачені зносостійкими прокладками 21. Особливістю камертонного резонатора є те, Конструкція двигуна у плоскому варіанті вигощо його енергія не виходить за межі його обсягу. товлення показана на Фіг.3. У ньому осцилятор Тому два камертони 7 і 10 (Фіг.1), коливаються повздовжніх (радіальних) коливань 5 виготовлений незалежно одне від одного. Займаючи в загальноу виді двох дисків з отвором, які приєднані болтому обсязі осцилятора невелику частину, вони вим з'єднанням через звукоізоляційні прокладки 6 ощадливо витрачають енергію поперечних колидо п'єзоелемента 19. Рухома частина двигуна 1 вань, на відміну від усіх відомих п'єзоелектричних ротор 2, виконана у виді тіла обертання з двигунів, у яких резонатор повздовжніх коливань внутрішньою конічною поверхнею та притиснута сполучається з резонатором поперечних коливань. притискним пристроєм 4 до конічної поверхні одДосить затратити невелику електричну потужність ного з двох плеч 11, 12 шести камертонних на порушення коливань камертона і механічно резонаторів 7. Резонатори розташовані на одному надати руху рухомої частини, щоб в осциляторі з двох згаданих дисків, конструкція якого показана повздовжніх коливань почалася генерація на Фіг.4. У ньому для утворення 6 камертонних електричної енергії. Тобто описаний вище резонаторів зроблені 12 пазів, глибина яких п'єзоелектричний двигун може працювати і як гепідбирається з умови збігу частоти резонансу канератор електричної енергії. мертона з повздовжнім (радіальним) резонансом Для одержання великих потужностей осцилядиска. При цьому, одне плече кожного з шести тор повздовжніх коливань виготовляється у виді камертонів перевищує інше приблизно на ~ 0,1мм, пакета Ланжевена (Фіг.2). Тут також, повздовжні і розташовані на диску у черговій послідовності коливання по довжині пакета Ланжевена, при “велике-мале” плече. підключенні електродів 14, 17 і виводів 16, 18 Працює пристрій наступним чином. п'єзоелементів 19 до джерела напруги, 5 76167 6 взаємодіючи з поперечним коливаннями пліч 8, 9 варіанті виготовлення (Фіг.3), п'єзоелемент 19 п'єзоелектрично пасивних камертонних збуджує радіальні коливання в одному з дисків. резонаторів 7, приводять в обертання ротор 2 в Вони розгойдують камертоні резонатори 7 таким підшипниках 20, що стикається з одним із “зубів” же чином, як це було розглянуто вище, чим і закожного з чотирьох камертонних резонаторів, безпечують рух ротора 2. збільшуючи діаметр п’єзелементів до 100мм і Використання запропонованого технічного рібільше, можна проектувати двигуни з числом кашення дозволяє за рахунок конструктивномертонних резонаторів більш 10 і механічною технологічної оптимізації параметрів п'єзоелектрипотужністю в сотні ватів. Ротор при цьому для чного двигуна, виконаного згідно запропонованої збільшення потужності може розташуватися з двох моделі, довести рівень коефіцієнту корисної дії сторін пакета Ланжевена. забезпечивши при цьодвигуна до 80% з необхідним рівнем забезпеченому односпрямованість обертання, вибором сті по робочому моменту (~ 50,0 Н*м), моменту відповідних пліч камертонів. Навпаки, підбираючи самогальмування (~ 10,0 Н*м), лінійної роздільної плечі камертона з різнонаправленим рухом по здатності (~ 10-7 м ), кутової роздільної здатності черзі притискаючи вилкою 4 до однієї чи іншої сто(~ 1 кут.с), і тим самим значно розширити область рони пакета Ланжевена, досягається реверс руху. застосування п'єзоелектричних двигунів. Для нереверсивного двигуна в плоскому 7 Комп’ютерна верстка Л. Купенко 76167 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601